導 讀
法國里昂大學Alain Favre-Reguillon教授及其團隊使用康寧微通道反應器,實現(xiàn)了醛酮類化合物在硼氫化鈉作用下的連續(xù)氫化。
圖1:康寧微反應器中α,β-不飽和醛的選擇性還原過程
值一提的是,在微量三氯化鈰催化下,團隊首次實現(xiàn)了α,β-不飽和羰基化合物的高效選擇性連續(xù)還原(如圖1所示),即Luche還原反應的連續(xù)化。
實驗研究
01
實驗方法
實驗設備:本次實驗在康寧Low Flow(低流量)微通道反應器上進行。使用6個帶心形混合結構的玻璃模塊,每個模塊的持液體積為0.45mL,其中第一個模塊主要起原料混合和預加熱的作用,并在后5個模塊充分反應,在反應器出口用熱電偶檢測溫度。
A,B – 進料泵;
Cin ,Cout - 恒溫循環(huán)浴的“進”和“出”;
D - Corning®低流量反應器的混合模塊;
E - 測量反應混合物溫
實驗操作:原料以1,4-二氧六環(huán)作溶劑,硼氫化鈉溶于甲醇,并加入5%的甲醇鈉作為穩(wěn)定劑。反應在連續(xù)流出口用醋酸水溶液進行淬滅。
02
工藝條件篩選
作者以苯乙酮為模板底物,研究了該反應在連續(xù)流中的工藝條件。
圖2:溫度、還原劑當量、停留時間對還原反應的影響
還原劑硼氫化鈉使用2當量,溫度范圍20-60°C(如圖2所示),60°C,100秒轉化率最高可達98%,實驗測得反應的活化能約為30±5 kJ/mol。
硼氫化鈉當量降低至1.25 eq時,其他條件相同的情況下,收率92%,通過延長停留時間能使得收率達到99%以上。
03
反應底物范圍拓展
在得到了最優(yōu)條件后,作者對該反應對于其他酮、醛類底物的普適性進行了拓展。
酮類底物:
圖3:該反應在酮類底物中的應用
對于大多數(shù)芳香酮和脂肪酮類,使用2當量的硼氫化鈉,在20-80秒內(nèi)能以98%以上的轉化率還原到對應的醇(見圖3)。
醛類底物:
圖4:該反應在醛類底物中的應用
醛基底物活性更高,只需使用1當量的硼氫化鈉,且停留時間能夠縮短至20秒,即可完成轉化(見圖4)。
Luche還原反應探索:
對α,β-不飽和羰基化合物,即Luche還原反應探索。
圖5:該反應體系在Luche還原中的應用
在傳統(tǒng)的釜式工藝中,Luche還原需要使用1當量的稀土金屬化合物三氯化鈰催化,而在微通道反應器中,可以大幅降低至0.2當量達到同樣的反應效果。
以底物11為例,隨著催化量的提高,烯醇產(chǎn)品的選擇性也逐漸提高,至催化量20%時,選擇性可以達到96%(圖5,Entry 3)。
而對于其他一些大位阻和大共軛體系的底物來說,Luche反應的轉化率和選擇性有一定的降低,提高選擇性可以通過繼續(xù)增加三氯化鈰的量來實現(xiàn)。
04
放大實驗
作者研究團隊進行了放大規(guī)模的實驗:
使用苯乙酮作原料,在康寧微通道反應器上連續(xù)運行了105分鐘,收集了750mL反應液,經(jīng)過濃縮、柱層析等后處理,獲得了96%的分離收率。
對于α,β-不飽和酮11也進行了長時間連續(xù)運行,在連續(xù)實驗30分鐘后得到90%的分離收率。
實驗結論
作者開發(fā)了在康寧微通道反應器中硼氫化鈉還原酮、醛的工藝,解決原有釜式工藝反應熱積聚與溶劑穩(wěn)定性問題。
秒級反應:
硼氫化鈉還原酮、醛的連續(xù)流工藝,反應停留時間在20-80秒之間,相比釜式有明顯效率優(yōu)勢,有效提高產(chǎn)能和利潤。
高效換熱:
在康寧反應器上,反應釋放的熱量能完全被換熱介質移走,反應器出口未檢測到溫升。
高選擇性突破:
首次在康寧連續(xù)流反應器中實現(xiàn)了α,β-不飽和醛酮的高選擇性還原,并達到90%的分離收率。
底物廣譜性:
對酮、醛類底物以及α,β-不飽和羰基化合物具有普適性
穩(wěn)定放大:
作者通過放大規(guī)模的實驗驗證,確認不同底物還原工藝的長時間運行的穩(wěn)定性。
參考文獻:
Ind. Eng. Chem. Res. 2024, 63, 6829−6836
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